技术丨某公司2000t/d熟料线烧成系统技术改造

前言

某公司#1水泥熟料生产线于1998年投产，其烧成系统采用了天津院设计的带TD分解炉双系列五级旋风预热器、ф4m×60m回转窑、第三代篦式冷却机等设备，燃料采用烟煤。该生产线原设计熟料产量为2000t/d，投产十多年来，经过一系列的改进完善和优化操作，熟料产量达2700W，生产也基本正常，但一直存在入窑物料分解率低且不稳定、系统阻力大、烧成热耗高等问题。为此对该生产线实施技术改造，从而达到节能降耗、稳定运行的目标。

该生产线预分解系统采用了带TD分解炉双系列五级预热器，分解炉总有效容积约250m3。燃料采用烟煤，其工业分析结果见表1。

表1 煤的工业分析

改造前烧成系统熟料产量为2700t/d，单位熟料热耗为840×4.18kJ/kg，入窑分解率为89％，出篦冷机熟料温度为170～230℃，各级预热器及分解炉的运行参数见表2。

表2 改造前烧成系统的结构与运行参数

由表2以及生产数据可以看出，烧成系统存在以下问题：

(1)C5出口温度高于分解炉出口温度，说明分解炉内煤粉燃烧不够充分，存在一定的后燃烧现象；

(2)入窑物料分解率低(<90％)，且不稳定，不仅影响窑产量，而且影响烧成系统的运行和熟料质量的稳定性；

(3)C1出口废气温度高，系统阻力大；

(4)烧成系统煤耗高，熟料标煤煤耗达120kg/t；

(5)篦冷机热回收效率偏低。

对此，本次改造保持现有回转窑和篦冷机规格不变，充分利用现有可靠设备和设施，对烧成系统作适当改造，以降低单位熟料热耗和电耗。

从现有的中控数据和实际生产运行中得到的数据来分析，造成系统阻力大的主要原因在于各级旋风筒规格偏小，风速偏大。造成系统热耗高的主要原因有：①煤粉燃烧不充分，分解炉发热能力不足。②篦冷机热回收效率偏低。

针对上述问题，本次改造着重从预分解炉系统和篦冷机配风两个方面来考虑。

由表2可以看出，在现有产量为2700t/d时，各级旋风筒表观风速、进出口风速及连接风管各部位风速均偏大，尤其是C1进口风速高达28m/s左右，C2、C3的进口风速高达25m/s左右，C3出口风速28m/s。考虑到旋风筒表观风速仍在正常范围内，且考虑整个改造周期和改造费用，本次技改主要对C1旋风筒、分解炉、烟室做局部改造并更换撒料箱，以降低系统阻力，提高系统热效率，从而满足系统节能降耗要求。

针对存在的问题，并结合生产线的实际情况，经过充分论证，确定预分解系统具体的改造措施如下。

2.1 分解炉

为尽量减小土建的改造工作量及节省改造时间，分解炉采用了多种灵活的布置方法，以保持窑尾结构框架各层平面的主梁及框架的斜撑均不改动。

在原有分解炉基础上增加鹅颈管，分解炉出口连接管道设计为方形管道，既保证风管截面积而又不影响框架主梁。增加部分的鹅颈管充分利用了原有的窑尾框架内部的有效空间，炉体全部布置于框架内部，并尽可能增加分解炉的容积。

改造后的分解炉炉容由原有的约250m3增加至470m3，气体在炉内的停留时间由原先的1.5S增加至2.7S。分解炉改造前后设计如图1(a)，(b)所示。

图1 改造前后的分解炉结构

2.2 旋风筒及连接风管

保留原有预热器框架不变，旋风筒及连接风管部分作如下改造：

(1)考虑到原有C1筒阻力高达2000Pa，本次技改更换了整个C1旋风筒，将原有C1的4-ф3070mm筒整体更换为2-ф4900mm筒，C1进风口面积和出口直径均扩大，以降低系统阻力，有效提高系统热效率和分离效率，从而减小窑灰带走的热量损失。C1旋风筒改造前后见图2(a)、(b)。

图2 改造前后的预热器C1筒设计

(2)C2至C1旋风筒进风管局部改造，改造前后风管见图3(a)、(b)。

图3 改造前后C2至C1旋风筒进风管结构

(3)C1出口废气风管局部改造，以降低气体的流速。

(4)因分解炉出口管道位置变动，C5旋风筒(除下部歪锥部分)整体旋转布置，待本体部分旋转至设计角度时将下部歪锥部分与其上面的直锥割开，再按照C5料管要求的角度将歪锥与直锥焊接。改造后各级旋风筒的风速，计算结果见表3。

表3 旋风筒各部位计算风速(产量2700t/d)

2.3 料管及撒料装置

拆除原有C1料管，根据改造后C1筒的定位重新设计C1料管。用新型扩散式撒料箱更换C2～C4料管上原有的撒料箱。撒料装置的结构设计上采用扩散式箱体，内加凸弧型多孔导料分布板技术，该种结构既具有防堵功能又可确保系统内物料分散的均匀性，有利于提高系统的换热效率。

2.4 窑缩口

原有窑缩口直径为ф2800mm，窑尾斜坡处截面积偏小，窑内阻力偏大，为不影响窑尾密封装置，本次技改仅通过局部调整衬砌的方式来尽量扩大窑尾斜坡处截面，改善窑内通风不畅的现象，以利于系统操作。

维持现有篦冷机设备不变，对篦冷机冷却风机进行调整，以适应高产量下冷却用风和余热发电用风的需要。供风调整的基础条件是2700t/d的熟料产量，更换了对冷却贡献大的4台风机，其余风机作相应调整。

将原配风234688m3/h(2.09m3/kg)提高到265228m3/h(2.36m3/kg)，并提高部分风机压头，以保证在高阻力的情况下风能有效地进入篦床。改造前后的风机参数见表4。

表4 改造前后的风机参数

改造后该生产线已于2015年9月顺利投产，改造后熟料产量为2800t/d，单位熟料热耗为805×4.18kJ/kg，入窑分解率为90％，出篦冷机熟料温度为160℃，其它参数见表5。

表5 改造后的预分解系统参数

改造后，C5旋风筒出口温度低于分解炉出口温度，显示分解炉内煤粉燃烧较为充分；入窑物料表观分解率较改造前有了较大提高，为窑系统稳产、高产创造了条件；熟料产量稳定在2800t/d以上，烧成热耗较改造前的840×4.18kJ/kg降低了35×4.18kJ/kg，达到了增产降耗、稳定系统操作等技改目标。经济效益分析如下：

(1)改造前，熟料标煤耗为120kg/t，改造后标煤耗降至115kg/t。与改造前相比，节省标煤5kg/t。以年产量熟料86.8万t计，每年节约标煤0.434万t，折算成实物煤每年节约实物煤0.584万t。以原煤进厂价每吨700元计，每年减少原煤成本408.8(0.584×700=408.8)万元。

(2)改造后吨熟料工序电耗下降1.5kWh/t，以年产量熟料86.8万t计，每年可节电130万kWh(1.5×86.8=130)。电价按0.6元/kWh来计，每年创造节电效益78(130×0.6=78)万元。

(3)按此计算，每年可产生效益486.8(408.8+78=486.8)万元，两年左右就可以回收改造成本。

作者：李群峰1，黄巧丽2，孙俊涛1，孙德群2

来源：《1海螺水泥股份有限公司；2中国中材国际工程股份有限公司(南京)》

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